JP2021027418A - Bidirectional level shift circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、双方向レベルシフト回路に関する。 The present invention relates to a bidirectional level shift circuit.
従来、異なる電源電圧で動作するシステムが存在する場合には、システム間で信号を双方向に伝達するために双方向レベルシフト回路が用いられる。双方向レベルシフト回路の一例は、特許文献1に開示されている。
Conventionally, when there are systems operating at different power supply voltages, a bidirectional level shift circuit is used to transmit signals in both directions between the systems. An example of a bidirectional level shift circuit is disclosed in
ここで、双方向レベルシフト回路には、高周波数の入力信号が入力された場合に、出力信号の応答性を高めることが求められる。 Here, the bidirectional level shift circuit is required to improve the responsiveness of the output signal when a high frequency input signal is input.
上記状況に鑑み、本発明は、高周波数の入力信号に対する出力信号の応答性を高めることを可能とする双方向レベルシフト回路を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a bidirectional level shift circuit capable of enhancing the responsiveness of an output signal to a high frequency input signal.
上記目的を達成するために本発明の一態様に係る双方向レベルシフト回路は、
第1信号端子と、
第2信号端子と、
第1電源電圧が印加される第1電源端子と、
第2電源電圧が印加される第2電源端子と、
前記第1電源端子と前記第1信号端子との間に接続される第1プルアップ抵抗と、
前記第2電源端子と前記第2信号端子との間に接続される第2プルアップ抵抗と、
前記第1プルアップ抵抗の両端間に接続される第1トランジスタと、
前記第2プルアップ抵抗の両端間に接続される第2トランジスタと、
前記第1信号端子と前記第2信号端子との間に配置される第3トランジスタと、
前記第3トランジスタの制御端を駆動する駆動回路と、
前記第1トランジスタの制御端を駆動する第1駆動信号を生成する第1ワンショット回路と、
前記第2トランジスタの制御端を駆動する第2駆動信号を生成する第2ワンショット回路と、
を備え、
前記第2ワンショット回路は、前記第1信号端子の信号の立ち上りに基づき所定の第2時間幅だけオンレベルとした前記第2駆動信号のワンショットパルスを生成し、前記第1信号端子の信号の立ち下りに基づきオフレベルの前記第2駆動信号を生成し、
前記第1ワンショット回路は、
第1CR回路を含み、前記第2信号端子の信号の立ち上りに基づき前記第1CR回路の時定数に応じた所定の第1時間幅だけオンレベルとした前記第1駆動信号のワンショットパルスを生成するワンショットパルス生成部と、
前記第1信号端子の信号の立ち下りを検出し、当該検出結果に基づき前記第1CR回路の時定数を小さく変更する立下り検出部と、を有する構成としている(第1の構成)。
The bidirectional level shift circuit according to one aspect of the present invention in order to achieve the above object is
1st signal terminal and
2nd signal terminal and
The first power supply terminal to which the first power supply voltage is applied and
The second power supply terminal to which the second power supply voltage is applied and
A first pull-up resistor connected between the first power supply terminal and the first signal terminal,
A second pull-up resistor connected between the second power supply terminal and the second signal terminal,
A first transistor connected between both ends of the first pull-up resistor and
A second transistor connected between both ends of the second pull-up resistor and
A third transistor arranged between the first signal terminal and the second signal terminal,
The drive circuit that drives the control end of the third transistor and
A first one-shot circuit that generates a first drive signal that drives the control end of the first transistor, and
A second one-shot circuit that generates a second drive signal that drives the control end of the second transistor, and
With
The second one-shot circuit generates a one-shot pulse of the second drive signal which is turned on level by a predetermined second time width based on the rising edge of the signal of the first signal terminal, and generates a signal of the first signal terminal. Generates the off-level second drive signal based on the falling edge of
The first one-shot circuit is
A one-shot pulse of the first drive signal including the first CR circuit is generated based on the rising edge of the signal of the second signal terminal and turned on level by a predetermined first time width according to the time constant of the first CR circuit. One-shot pulse generator and
The configuration includes a falling edge detection unit that detects the falling edge of the signal of the first signal terminal and changes the time constant of the first CR circuit to a small value based on the detection result (first configuration).
また、上記第1の構成において、前記立下り検出部は、pチャネルMOSFETとnチャネルMOSFETによるCMOS構成を有した第1インバータであり、pチャネルMOSFETは、nチャネルMOSFETに比べてVgsの閾値を低くしていることとしてもよい(第2の構成)。 Further, in the first configuration, the falling detection unit is a first inverter having a CMOS configuration consisting of a p-channel MOSFET and an n-channel MOSFET, and the p-channel MOSFET has a threshold value of Vgs as compared with the n-channel MOSFET. It may be lowered (second configuration).
また、上記第1の構成において、前記立下り検出部は、前記第1信号端子の信号と基準電圧を比較するコンパレータであることとしてもよい(第3の構成)。 Further, in the first configuration, the fall detection unit may be a comparator that compares the signal of the first signal terminal with the reference voltage (third configuration).
また、上記第1から第3のいずれかの構成において、前記第1ワンショット回路は、前記第2信号端子の信号の立ち上りの際に、所定期間だけ前記立下り検出部の検出結果をマスキングするマスク信号を生成するマスク生成部をさらに有することとしてもよい(第4の構成)。 Further, in any of the first to third configurations, the first one-shot circuit masks the detection result of the falling detection unit for a predetermined period when the signal of the second signal terminal rises. It may further have a mask generation unit for generating a mask signal (fourth configuration).
また、上記第4の構成において、前記マスク生成部は、前記所定期間を時定数により決定する第2CR回路を有することとしてもよい(第5の構成)。 Further, in the fourth configuration, the mask generation unit may have a second CR circuit that determines the predetermined period by a time constant (fifth configuration).
また、上記第5の構成において、前記マスク生成部は、
前記第2信号端子が電気的に接続される一方の入力端と、前記第2CR回路の出力端が接続される他方の入力端と、を有するNAND回路と、
前記第2信号端子が電気的に接続される入力端と、前記第2CR回路の入力端に接続される出力端と、を有する第2インバータと、をさらに有することとしてもよい(第6の構成)。
Further, in the fifth configuration, the mask generation unit is
A NAND circuit having one input end to which the second signal terminal is electrically connected and the other input end to which the output end of the second CR circuit is connected.
A second inverter having an input terminal to which the second signal terminal is electrically connected and an output end connected to the input terminal of the second CR circuit may be further provided (sixth configuration). ).
また、上記第1から第6のいずれかの構成において、前記ワンショットパルス生成部は、前記第1CR回路に含まれる抵抗の両端間に接続されるスイッチを有し、前記スイッチは、前記立下り検出部の検出結果に応じてオンオフを制御されることとしてもよい(第7の構成)。 Further, in any one of the first to sixth configurations, the one-shot pulse generator has a switch connected between both ends of the resistor included in the first CR circuit, and the switch is the falling edge. On / off may be controlled according to the detection result of the detection unit (seventh configuration).
また、上記第7の構成において、前記ワンショットパルス生成部は、
前記第2信号端子が電気的に接続される一方の入力端と、前記第1CR回路の出力端に接続される他方の入力端と、を有するAND回路と、
前記第2信号端子が電気的に接続される入力端と、前記第1CR回路の入力端に接続される出力端と、を有する第3インバータと、
前記AND回路の出力端に接続される入力端を有する第4インバータと、をさらに有することとしてもよい(第8の構成)。
Further, in the seventh configuration, the one-shot pulse generation unit is
An AND circuit having one input terminal to which the second signal terminal is electrically connected and the other input terminal connected to the output terminal of the first CR circuit.
A third inverter having an input end to which the second signal terminal is electrically connected and an output end connected to the input end of the first CR circuit.
A fourth inverter having an input end connected to the output end of the AND circuit may be further provided (eighth configuration).
また、上記第1から第8のいずれかの構成において、前記第2電源電圧は、前記第1電源電圧よりも高く、前記第1ワンショット回路は、前記第1電源電圧を電源として供給され、前記第1ワンショット回路は、前記第2信号端子の信号に対して前記第2電源電圧から前記第1電源電圧へのレベルシフトを行うレベルシフト部を前記ワンショットパルス生成部の前段側にさらに有することとしてもよい(第9の構成)。 Further, in any of the first to eighth configurations, the second power supply voltage is higher than the first power supply voltage, and the first one-shot circuit is supplied with the first power supply voltage as a power supply. The first one-shot circuit further provides a level shift unit for level-shifting the signal of the second signal terminal from the second power supply voltage to the first power supply voltage on the front stage side of the one-shot pulse generation unit. It may have (9th configuration).
また、上記第9の構成において、前記第1ワンショット回路は、前記レベルシフト部と前記ワンショットパルス生成部との間に配置されるシュミットトリガをさらに有することとしてもよい(第10の構成)。 Further, in the ninth configuration, the first one-shot circuit may further have a Schmitt trigger arranged between the level shift unit and the one-shot pulse generation unit (tenth configuration). ..
また、上記第1から第10のいずれかの構成において、チップにおいて、前記第1CR回路に含まれる複数の抵抗は、互いに隣接して配置されて第1グループを構成することとしてもよい(第11の構成)。 Further, in any of the first to tenth configurations, in the chip, the plurality of resistors included in the first CR circuit may be arranged adjacent to each other to form a first group (11th). Configuration).
また、上記第5または第6の構成において、チップにおいて、前記第1CR回路に含まれる第1キャパシタと、前記第2CR回路に含まれる第2キャパシタは、隣接して配置されて第2グループを構成することとしてもよい(第12の構成)。 Further, in the fifth or sixth configuration, in the chip, the first capacitor included in the first CR circuit and the second capacitor included in the second CR circuit are arranged adjacent to each other to form a second group. It may be done (12th configuration).
また、本発明の別態様は、上記第1から第12のいずれかの構成とした双方向レベルシフト回路と、前記第1電源電圧により動作する第1システムと、前記第2電源電圧により動作する第2システムと、を備えるデータ通信システムである。 Further, another aspect of the present invention operates with the bidirectional level shift circuit having any of the first to twelfth configurations, the first system operated by the first power supply voltage, and the second power supply voltage. A data communication system including a second system.
本発明の双方向レベルシフト回路によれば、高周波数の入力信号に対する出力信号の応答性を高めることができる。 According to the bidirectional level shift circuit of the present invention, the responsiveness of the output signal to the high frequency input signal can be enhanced.
以下に本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。 An exemplary embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<1.システム構成>
図1は、異なる電源電圧で動作するシステム間のデータ通信を行うデータ通信システムの一構成例を示す図である。図1に示すデータ通信システムは、異なる電源電圧で動作するシステムコントローラ20A,20Bと、双方向レベルシフト回路1と、から構成される。
<1. System configuration>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a data communication system that performs data communication between systems operating at different power supply voltages. The data communication system shown in FIG. 1 includes
システムコントローラ20Aは、電源電圧VCCAにより動作する。システムコントローラ20Bは、電源電圧VCCBにより動作する。電源電圧VCCBとVCCAの大小関係は、VCCB>VCCAである。例えば、VCCA=1.8Vであり、VCCB=3.3Vである。
The
双方向レベルシフト回路1は、システムコントローラ20Aと20Bとの間での双方向の信号伝達を行う回路であり、半導体ICとして構成される。双方向レベルシフト回路1は、電源端子Tva,Tvbと、信号端子Tda,Tdbと、を有する。
The bidirectional
電源端子Tvaには電源電圧VCCAが印加され、電源端子Tvbには電源電圧VCCBが印加される。 A power supply voltage VCSA is applied to the power supply terminal Tva, and a power supply voltage VCSB is applied to the power supply terminal Tvb.
システムコントローラ20Aから20Bへデータを送信する場合は、データとしての入力信号が信号端子Tdaに入力され、データとしての出力信号が信号端子Tdbから出力される。この場合、入力信号は、VCCAからVCCBへレベルシフトされて出力信号となる。
When data is transmitted from the
一方、システムコントローラ20Bから20Aへデータを送信する場合は、データとしての入力信号が信号端子Tdbに入力され、データとしての出力信号が信号端子Tdaから出力される。この場合、入力信号は、VCCBからVCCAへレベルシフトされて出力信号となる。
On the other hand, when data is transmitted from the
<2.双方向レベルシフト回路の構成>
図2は、双方向レベルシフト回路1(図1)の一構成例を示す回路図である。なお、図2に示す双方向レベルシフト回路1は、後述する本発明の実施形態に係る構成の基本となる構成である。
<2. Bidirectional level shift circuit configuration>
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of the bidirectional level shift circuit 1 (FIG. 1). The bidirectional
図2に示すように、双方向レベルシフト回路1は、nチャネルMOSFETで構成されるトランジスタN1と、ゲート駆動回路2と、ワンショット回路3A,3Bと、pチャネルMOSFETで構成されるトランジスタPA,PBと、抵抗RA,RBと、を有する。
As shown in FIG. 2, the bidirectional
トランジスタN1は、信号端子TdaとTdbとの間に配置される。トランジスタN1のゲート以外の第1端は信号端子Tdaに接続される。トランジスタN1のゲート以外の第2端は信号端子Tdbに接続される。 The transistor N1 is arranged between the signal terminals Tda and Tdb. The first end of the transistor N1 other than the gate is connected to the signal terminal Tda. The second end of the transistor N1 other than the gate is connected to the signal terminal Tdb.
ゲート駆動回路2は、ゲート信号NGTを生成してトランジスタN1のゲートを駆動する。ゲート駆動回路2には、電源電圧VCCAが印加される。ゲート駆動回路2の構成についての詳細は、後述する。
The
抵抗RAは、電源電圧VCCAが印加される電源端子Tvaと信号端子Tdaとの間に接続される。抵抗RAは、プルアップ抵抗であり、例えば10kΩである。 The resistor RA is connected between the power supply terminal Tva to which the power supply voltage VCSA is applied and the signal terminal Tda. The resistor RA is a pull-up resistor, for example, 10 kΩ.
トランジスタPAのソースは、電源端子Tvaと抵抗RAとが接続される接続ノードNDAに接続される。トランジスタPAのドレインは、信号端子Tdaに接続される。ワンショット回路3Aは、信号端子Tdbの信号の立ち上りに応じて所定時間幅の1つのパルスであるゲート信号PGTAをトランジスタPAのゲートに出力する。ワンショット回路3Aには、電源電圧VCCAが印加される。
The source of the transistor PA is connected to the connection node NDA to which the power supply terminal Tva and the resistor RA are connected. The drain of the transistor PA is connected to the signal terminal Tda. The one-
抵抗RBは、電源電圧VCCBが印加される電源端子Tvbと信号端子Tdbとの間に接続される。抵抗RBは、プルアップ抵抗であり、例えば10kΩである。 The resistor RB is connected between the power supply terminal Tvb to which the power supply voltage VCSB is applied and the signal terminal Tdb. The resistor RB is a pull-up resistor, for example, 10 kΩ.
トランジスタPBのソースは、電源端子Tvbと抵抗RBとが接続される接続ノードNDBに接続される。トランジスタPBのドレインは、信号端子Tdbに接続される。ワンショット回路3Bは、信号端子Tdaの信号の立ち上りに応じて所定時間幅の1つのパルスであるゲート信号PGTBをトランジスタPBのゲートに出力する。ワンショット回路3Bには、電源電圧VCCBが印加される。
The source of the transistor PB is connected to the connection node NDB to which the power supply terminal Tvb and the resistor RB are connected. The drain of the transistor PB is connected to the signal terminal Tdb. The one-
<3.ゲート駆動回路の構成>
図3は、ゲート駆動回路2の一構成例を示す回路図である。図3に示すように、ゲート駆動回路2は、pチャネルMOSFETで構成されるトランジスタP21,P22,P231,P232,P24,P25,P26と、nチャネルMOSFETで構成されるN21,N22,N231,N232,N24,N25,N26と、を有する。
<3. Gate drive circuit configuration>
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example of the
トランジスタP21のソースは、電源電圧VCCAの印加端TVに接続される。トランジスタP21のドレインは、トランジスタN21のドレインに接続される。トランジスタN21のソースは、グランド電位の印加端TGに接続される。トランジスタP21のゲートとトランジスタN21のゲートとの接続ノードは、入力端TAinに接続される。入力端TAinは、信号端子Tdaに接続される。 The source of the transistor P21 is connected to the application end TV of the power supply voltage VCSA. The drain of the transistor P21 is connected to the drain of the transistor N21. The source of the transistor N21 is connected to the ground potential application end TG. The connection node between the gate of the transistor P21 and the gate of the transistor N21 is connected to the input terminal TAin. The input terminal TAin is connected to the signal terminal Tda.
トランジスタP21のドレインとトランジスタN21のドレインとの接続ノードは、トランジスタP231のゲートに接続されるとともに、トランジスタN231のゲートに接続される。 The connection node between the drain of the transistor P21 and the drain of the transistor N21 is connected to the gate of the transistor P231 and also to the gate of the transistor N231.
トランジスタP232のソースは、電源電圧VCCAの印加端TVに接続される。トランジスタP232のドレインは、トランジスタP231のソースに接続される。トランジスタP231のドレインは、トランジスタN232のドレインに接続される。トランジスタN232のソースは、グランド電位の印加端TGに接続される。 The source of the transistor P232 is connected to the application end TV of the power supply voltage VCSA. The drain of transistor P232 is connected to the source of transistor P231. The drain of the transistor P231 is connected to the drain of the transistor N232. The source of the transistor N232 is connected to the ground potential application end TG.
トランジスタP22のソースは、電源電圧VCCAの印加端TVに接続される。トランジスタP22のドレインは、トランジスタN22のドレインに接続される。トランジスタN22のソースは、グランド電位の印加端TGに接続される。トランジスタP22のゲートとトランジスタN22のゲートとの接続ノードは、入力端TBinに接続される。入力端TBinは、信号端子Tdbに接続される。 The source of the transistor P22 is connected to the application end TV of the power supply voltage VCSA. The drain of the transistor P22 is connected to the drain of the transistor N22. The source of the transistor N22 is connected to the ground potential application end TG. The connection node between the gate of the transistor P22 and the gate of the transistor N22 is connected to the input terminal TBin. The input terminal TBin is connected to the signal terminal Tdb.
トランジスタP22のドレインとトランジスタN22のドレインとの接続ノードは、トランジスタP232のゲートとトランジスタN232のゲートとの接続ノードに接続される。 The connection node between the drain of the transistor P22 and the drain of the transistor N22 is connected to the connection node between the gate of the transistor P232 and the gate of the transistor N232.
トランジスタN231のドレインは、トランジスタP231のドレインとトランジスタN232のドレインとの接続ノードに接続される。トランジスタN231のソースは、グランド電位の印加端TGに接続される。 The drain of the transistor N231 is connected to a connection node between the drain of the transistor P231 and the drain of the transistor N232. The source of the transistor N231 is connected to the application end TG of the ground potential.
トランジスタP24のソースは、電源電圧VCCAの印加端TVに接続される。トランジスタP24のドレインは、トランジスタN24のドレインに接続される。トランジスタN24のソースは、グランド電位の印加端TGに接続される。トランジスタP231のドレインとトランジスタN232のドレインとの接続ノードは、トランジスタP24のゲートとトランジスタN24のゲートとの接続ノードに接続される。 The source of the transistor P24 is connected to the application end TV of the power supply voltage VCSA. The drain of the transistor P24 is connected to the drain of the transistor N24. The source of the transistor N24 is connected to the ground potential application end TG. The connection node between the drain of the transistor P231 and the drain of the transistor N232 is connected to the connection node between the gate of the transistor P24 and the gate of the transistor N24.
トランジスタP25のソースは、電源電圧VCCAの印加端TVに接続される。トランジスタP25のドレインは、トランジスタN25のドレインに接続される。トランジスタN25のソースは、グランド電位の印加端TGに接続される。トランジスタP24のドレインとトランジスタN24のドレインとの接続ノードは、トランジスタP25のゲートとトランジスタN25のゲートとの接続ノードに接続される。 The source of the transistor P25 is connected to the application end TV of the power supply voltage VCSA. The drain of the transistor P25 is connected to the drain of the transistor N25. The source of the transistor N25 is connected to the ground potential application end TG. The connection node between the drain of the transistor P24 and the drain of the transistor N24 is connected to the connection node between the gate of the transistor P25 and the gate of the transistor N25.
トランジスタP26のソースは、電源電圧VCCAの印加端TVに接続される。トランジスタP26のドレインは、トランジスタN26のドレインに接続される。トランジスタN26のソースは、グランド電位の印加端TGに接続される。トランジスタP25のドレインとトランジスタN25のドレインとの接続ノードは、トランジスタP26のゲートとトランジスタN26のゲートとの接続ノードに接続される。 The source of the transistor P26 is connected to the application end TV of the power supply voltage VCSA. The drain of the transistor P26 is connected to the drain of the transistor N26. The source of the transistor N26 is connected to the ground potential application end TG. The connection node between the drain of the transistor P25 and the drain of the transistor N25 is connected to the connection node between the gate of the transistor P26 and the gate of the transistor N26.
トランジスタP26のドレインとトランジスタN26のドレインとの接続ノードは、出力端子Toutに接続される。出力端子ToutからトランジスタN1にゲート信号NGTが出力される。 The connection node between the drain of the transistor P26 and the drain of the transistor N26 is connected to the output terminal Tout. The gate signal NGT is output from the output terminal Tout to the transistor N1.
<4.信号伝達動作の第1例>
次に、先述したような構成である双方向レベルシフト回路1による信号伝達動作の第1例について述べる。図4は、双方向レベルシフト回路1の入力側および出力側に接続する構成の一例を示す図である。
<4. First example of signal transmission operation>
Next, a first example of the signal transmission operation by the bidirectional
図4の例では、入力側である信号端子Tdaに抵抗R1の一端とキャパシタC1の一端とが共通接続される。抵抗R1の他端には、電源50により生成される入力電源電圧VAが印加される。
In the example of FIG. 4, one end of the resistor R1 and one end of the capacitor C1 are commonly connected to the signal terminal Tda on the input side. The input power supply voltage VA generated by the
また、図4の例では、出力側である信号端子Tdbに抵抗R2とキャパシタC2との直列接続構成が接続される。抵抗R2とキャパシタC2は、負荷100を構成する。抵抗R2は、例えば配線抵抗に相当する。
Further, in the example of FIG. 4, a series connection configuration of the resistor R2 and the capacitor C2 is connected to the signal terminal Tdb on the output side. The resistor R2 and the capacitor C2 form a
ここで、電源50により入力電源電圧VAが立ち上げられた場合の、抵抗R2とキャパシタC2とが接続されるノードND100に生じる出力信号(電圧)Boの挙動について、図5に示すタイミングチャートを参照して述べる。
Here, refer to the timing chart shown in FIG. 5 for the behavior of the output signal (voltage) Bo generated in the node ND100 to which the resistor R2 and the capacitor C2 are connected when the input power supply voltage VA is started by the
図5に示すように、タイミングt0にて入力電源電圧VAがVCCAに立ち上げられると、信号端子Tdaに生じる入力信号(電圧)AINは、抵抗R1とキャパシタC1による時定数に従って緩やかに立ち上がる。そして、入力信号AINが或るレベルに達するタイミングt1にて、ワンショット回路3Bは、入力信号AINの立ち上りを検出し、ゲート信号PGTBをVCCBより立ち下げて所定時間幅TWBの1つのパルス(ワンショットパルス)を生成する。
As shown in FIG. 5, when the input power supply voltage VA is raised to the VCSA at the timing t0, the input signal (voltage) AIN generated at the signal terminal Tda gradually rises according to the time constant by the resistor R1 and the capacitor C1. Then, at the timing t1 when the input signal AIN reaches a certain level, the one-
所定時間幅TWBの間、トランジスタPBはオンとなるので、信号端子TdbにはVCCBが印加されるが、負荷100における抵抗R2とキャパシタC2による時定数により、出力信号Boは緩やかに立ち上がる。そして、タイミングt1から所定時間幅TWBだけ経過したタイミングt2にゲート信号PGTBはVCCBに立ち上げられるので、トランジスタPBはオフとされる。これにより、出力信号Boは、抵抗RB,R2とキャパシタC2による時定数に従って上昇する。抵抗RBはR2より十分に抵抗値が高いので時定数が大きくなり、出力信号Boは、タイミングt1〜t2での傾きよりも大幅に小さい傾きで上昇することになる。
Since the transistor PB is turned on during the predetermined time width TWB, the VCSB is applied to the signal terminal Tdb, but the output signal Bo rises slowly due to the time constant of the resistor R2 and the capacitor C2 at the
このように、ワンショットパルスのパルス幅に相当する所定時間幅TWBが短いと、出力信号BoはVCCBに達する前に上昇が抑えられてしまう。従って、出力信号BoをVCCBに到達させるには、所定時間幅TWBを長くする必要がある。 As described above, if the predetermined time width TWB corresponding to the pulse width of the one-shot pulse is short, the increase of the output signal Bo is suppressed before reaching the VCSB. Therefore, in order for the output signal Bo to reach the VCSB, it is necessary to lengthen the predetermined time width TWB.
また、入出力が逆(信号端子Tdbが入力側、Tdaが出力側)の場合も、上記と同様の理由により、ワンショット回路3Aにより生成されるワンショットパルスのパルス幅(所定時間幅TWA)を長くする必要がある。
Also, when the input / output is reversed (the signal terminal Tdb is the input side and Tda is the output side), the pulse width of the one-shot pulse generated by the one-
<5.信号伝達動作の第2例>
次に、双方向レベルシフト回路1による信号伝達動作の第2例について述べる。図6は、双方向レベルシフト回路1の入力側に接続する構成の一例を示す図である。
<5. Second example of signal transmission operation>
Next, a second example of the signal transmission operation by the bidirectional
図6の例では、入力側である信号端子Tdaに終端抵抗Re(例えば50Ω)の一端が接続され、終端抵抗Reの他端には、電源50により生成される入力電源電圧VAが印加される。このような図6に示す構成における入力電源電圧VAに対する信号端子Tdbに生成される出力信号BOUTの挙動について、図7に示すタイミングチャートを参照して述べる。
In the example of FIG. 6, one end of the terminating resistor Re (for example, 50Ω) is connected to the signal terminal Tda on the input side, and the input power supply voltage VA generated by the
図7のようにタイミングt10にて入力電源電圧VAがVCCAに立ち上げられると、信号端子Tdaに生じる入力信号AINもVCCAに立ち上がる。入力信号AINの立ち上りにより、ワンショット回路3Bは、ゲート信号PGTBを立ち下げる。これにより、トランジスタPBがオンとなり、出力信号BOUTはVCCBに立ち上がる。なお、AINとBOUTの立ち上りにより、ゲート駆動回路2によりゲート信号NGTはLowレベルとされ、トランジスタN1はオフとされる。
When the input power supply voltage VA is raised to VCSA at the timing t10 as shown in FIG. 7, the input signal AIN generated at the signal terminal Tda is also raised to VCSA. When the input signal AIN rises, the one-
出力信号BOUTが立ち上がることにより、ワンショット回路3Aによりゲート信号PGTAがVCCAより立ち下げられる。これにより、トランジスタPAはオンとなる。
When the output signal BOUT rises, the gate signal PGTA rises from the VCSA by the one-
ここで、上記第1例で述べた理由からゲート信号PGTB,PGTAのパルス幅(所定時間幅TWB,TWA)を長く設定した場合、図7に示すように入力電源電圧VAが高周波数であってタイミングt11にて立ち下がった場合、ゲート信号PGTAは未だLowレベルである。これにより、トランジスタPAはオンであるので、入力電源電圧VAは立ち下がったにも関わらず、入力信号AINには、VCCAをトランジスタPAのオン抵抗と終端抵抗Reによって分圧した電圧Vdが生じる。 Here, when the pulse widths (predetermined time widths TWB, TWA) of the gate signals PGTB and PGTA are set long for the reason described in the first example above, the input power supply voltage VA has a high frequency as shown in FIG. When falling at timing t11, the gate signal PGTA is still at the Low level. As a result, since the transistor PA is on, a voltage Vd obtained by dividing the VCSA by the on resistance of the transistor PA and the terminating resistance Re is generated in the input signal AIN even though the input power supply voltage VA has dropped.
これにより、ワンショット回路3Bは、入力信号AINはHighレベルであると検出し、ゲート信号PGTBをLowレベルに維持する。従って、トランジスタPBがオンとなり、出力信号BOUTはVCCBとなってしまう。つまり、入力電源電圧VAは立ち下がっているにも関わらず、出力信号BOUTはHighレベルを維持してしまい、出力信号BOUTの応答性に問題が生じる。
As a result, the one-
以上のような第1例および第2例により、ワンショットパルスのパルス幅を長くしつつも、高周波数の入力に対する出力の応答性を高めることが課題となり、後述する本発明の実施形態は、この課題を解決すべく考案された。 According to the first and second examples as described above, it is an issue to improve the responsiveness of the output to a high frequency input while increasing the pulse width of the one-shot pulse, and the embodiment of the present invention described later is described. It was devised to solve this problem.
<6.本発明の実施形態に係る双方向レベルシフト回路>
次に、本発明の例示的な実施形態に係る双方向レベルシフト回路について説明する。図8は、本発明の例示的な実施形態に係る双方向レベルシフト回路1の構成を示す回路図である。
<6. Bidirectional level shift circuit according to the embodiment of the present invention>
Next, a bidirectional level shift circuit according to an exemplary embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of a bidirectional
図8に示す構成の先述した図6に示す構成との相違点は、信号端子Tdaとワンショット回路3Aとの間に信号端子Tdaに生じる入力信号AINの立下りを検出するための検出ラインLAを設けていることである。なお、図8に示す信号端子Tdbとワンショット回路3Bとの間に設ける検出ラインLBは、信号端子Tdb側を入力として信号端子Tdbに生じる入力信号BINの立下りを検出するために設けられる。
The difference between the configuration shown in FIG. 8 and the configuration shown in FIG. 6 described above is that the detection line LA for detecting the falling edge of the input signal AIN generated at the signal terminal Tda between the signal terminal Tda and the one-
このような図8に示す本実施形態に係る構成における入力電源電圧VAに対する信号端子Tdbに生成される出力信号BOUTの挙動について、図9に示すタイミングチャートを参照して述べる。 The behavior of the output signal BOUT generated at the signal terminal Tdb with respect to the input power supply voltage VA in the configuration according to the present embodiment shown in FIG. 8 will be described with reference to the timing chart shown in FIG.
図9のようにタイミングt20にて入力電源電圧VAがVCCAに立ち上げられると、信号端子Tdaに生じる入力信号AINもVCCAに立ち上がる。入力信号AINの立ち上りにより、ワンショット回路3Bは、ゲート信号PGTBを立ち下げる。これにより、トランジスタPBがオンとなり、出力信号BOUTはVCCBに立ち上がる。なお、AINとBOUTの立ち上りにより、ゲート駆動回路2によりゲート信号NGTはLowレベルとされ、トランジスタN1はオフとされる。
When the input power supply voltage VA is raised to VCSA at the timing t20 as shown in FIG. 9, the input signal AIN generated at the signal terminal Tda is also raised to VCSA. When the input signal AIN rises, the one-
出力信号BOUTが立ち上がることにより、ワンショット回路3Aによりゲート信号PGTAがVCCAより立ち下げられる。これにより、トランジスタPAはオンとなる。
When the output signal BOUT rises, the gate signal PGTA rises from the VCSA by the one-
ここで、上記第1例で述べた理由からゲート信号PGTB,PGTAのパルス幅(所定時間幅TWB,TWA)を長く設定した場合、図9に示すように入力電源電圧VAが高周波数であってタイミングt21にて立ち下がった場合、ゲート信号PGTAは未だLowレベルである。これにより、トランジスタPAはオンであるので、入力電源電圧VAは立ち下がったにも関わらず、入力信号AINには、VCCAをトランジスタPAのオン抵抗と終端抵抗Reによって分圧した電圧Vdが生じる。 Here, when the pulse widths (predetermined time widths TWB, TWA) of the gate signals PGTB and PGTA are set long for the reason described in the first example above, the input power supply voltage VA has a high frequency as shown in FIG. When falling at the timing t21, the gate signal PGTA is still at the Low level. As a result, since the transistor PA is on, a voltage Vd obtained by dividing the VCSA by the on resistance of the transistor PA and the terminating resistance Re is generated in the input signal AIN even though the input power supply voltage VA has dropped.
しかしながら、本実施形態では、入力信号AINのVCCAから電圧Vdへの立ち下りをワンショット回路3Aにより検出するので、ワンショット回路3Aは、ゲート信号PGTAをVCCAに立ち上げる。すなわち、ワンショット回路3Aにより、ワンショットパルスのパルス幅(所定時間幅TWA)を図7のとき(破線)に比べてΔWだけ短くできる。
However, in the present embodiment, since the fall of the input signal AIN from the VCSA to the voltage Vd is detected by the one-
これにより、タイミングt21にてトランジスタPAはオフとなり、入力信号AINはLowレベルに立ち下げられる。従って、ワンショット回路3Bにより、ゲート信号PGTBはHighレベルに立ち上げられ、トランジスタPBはオフとなる。このとき、入力信号AINがLowレベルに立ち下げられたことにより、ゲート駆動回路2によりゲート信号NGTはHighレベルとされ、トランジスタN1はオンとされる。従って、出力信号BOUTは、入力信号AINと同様のLowレベルとされる。
As a result, the transistor PA is turned off at the timing t21, and the input signal AIN is lowered to the Low level. Therefore, the one-
なお、本実施形態に係る図8に示す構成を、先述した図4に示すような信号端子Tda,Tdbへの接続構成(図4とは逆の入出力も含む)と同様の接続構成で使用する場合には、ワンショットパルスのパルス幅を長く設定することにより、出力信号(図4ではBo)を所望レベル(図4ではVCCB)に到達させることができる。 The configuration shown in FIG. 8 according to the present embodiment is used in the same connection configuration as the connection configuration to the signal terminals Tda and Tdb (including input / output opposite to that in FIG. 4) as shown in FIG. 4 described above. In this case, the output signal (Bo in FIG. 4) can reach a desired level (VCCB in FIG. 4) by setting a long pulse width of the one-shot pulse.
このように本実施形態によれば、ワンショットパルスのパルス幅を長く設定する場合でも、高周波数の入力電源電圧VAが入力されたときに、パルス幅を本来より短くし、入力電源電圧VAの立下りに対して出力信号BOUTを即時に立ち下げることができ、出力信号BOUTの応答性を高めることが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, even when the pulse width of the one-shot pulse is set to be long, when the high frequency input power supply voltage VA is input, the pulse width is made shorter than the original value, and the input power supply voltage VA is set. The output signal BOUT can be immediately lowered with respect to the falling edge, and the responsiveness of the output signal BOUT can be improved.
<7.ワンショット回路の構成>
ここで、図8に示した本実施形態に係る構成におけるワンショット回路3A,3Bの詳細な構成について述べる。
<7. One-shot circuit configuration>
Here, a detailed configuration of the one-
図10は、本実施形態に係るワンショット回路3Aの一構成例を示す回路図である。図10に示すように、ワンショット回路3Aは、レベルシフト部31Aと、シュミットトリガ32Aと、ワンショットパルス生成部33Aと、マスク生成部34Aと、立下り検出部35Aと、を有する。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration example of the one-
レベルシフト部31Aは、信号端子Tdbに印加される信号をVCCBからVCCAにレベルシフトする回路である。シュミットトリガ32Aは、レベルシフト部31Aの出力をヒステリシスを持ってHigh/Lowの出力に変換する。
The
ワンショットパルス生成部33Aは、インバータ33A1と、抵抗33A2と、抵抗33A3と、キャパシタ33A4と、AND回路33A5と、インバータ33A6と、スイッチ33A7と、を有する。
The one-shot
シュミットトリガ32Aの出力は、AND回路33A5の一方の入力端に入力されるとともに、インバータ33A1にも入力される。インバータ33A1の出力端は、抵抗33A2の一端に接続される。抵抗33A2の他端は、抵抗33A3の一端に接続される。抵抗33A3の他端は、キャパシタ33A4の一端とともに、AND回路33A5の他方の入力端にも接続される。AND回路33A5の出力端は、インバータ33A6の入力端に接続される。インバータ33A6の出力がゲート信号PGTAとなり、ゲート信号PGTAはトランジスタPAのゲートに入力される。
The output of the
抵抗33A2,33A3とキャパシタ33A4でCR回路が構成される。ここで、本実施形態に係る双方向レベルシフト回路1(図8)において、図4の信号端子Tda,Tdbに対する接続構成と入出力を逆として、信号端子Tdbに入力信号BINが入力される場合に、入力信号BINがHighに立ち上がると、まずAND回路33A5の出力はHighとなり、ゲート信号PGTAはLowとなる。一方、インバータ33A1の出力はLowとなり、上記CR回路の時定数に従ってCR回路の出力CRAは低下する。そして、出力CRAが或るレベルに達すると、AND回路33A5の出力はLowとなり、ゲート信号PGTAはHighとされる。すなわち、上記CR回路の時定数により、ゲート信号PGTAのワンショットパルスとしてのパルス幅が決定される。当該時定数を比較的大きくすることで、パルス幅を長く設定できる。 A CR circuit is composed of resistors 33A2 and 33A3 and capacitors 33A4. Here, in the bidirectional level shift circuit 1 (FIG. 8) according to the present embodiment, when the input signal BIN is input to the signal terminal Tdb by reversing the connection configuration and input / output to the signal terminals Tda and Tdb of FIG. When the input signal BIN rises to High, the output of the AND circuit 33A5 becomes High, and the gate signal PGTA becomes Low. On the other hand, the output of the inverter 33A1 becomes Low, and the output CRA of the CR circuit decreases according to the time constant of the CR circuit. Then, when the output CRA reaches a certain level, the output of the AND circuit 33A5 becomes Low, and the gate signal PGTA becomes High. That is, the pulse width of the gate signal PGTA as a one-shot pulse is determined by the time constant of the CR circuit. By making the time constant relatively large, the pulse width can be set long.
また、抵抗33A2の両端間には、nチャネルMOSFETで構成されるスイッチ33A7が接続される。スイッチ33A7のオンオフにより抵抗33A2の無効/有効が切替えられ、上記CR回路の時定数が切替えられる。 Further, a switch 33A7 composed of an n-channel MOSFET is connected between both ends of the resistor 33A2. By turning the switch 33A7 on and off, the resistor 33A2 is disabled / enabled, and the time constant of the CR circuit is switched.
また、マスク生成部34Aは、インバータ34A1と、抵抗34A2と、キャパシタ34A3と、NAND回路34A4と、を有する。シュミットトリガ32Aの出力は、NAND回路34A4の一方の入力端とともに、インバータ34A1の入力端に入力される。インバータ34A1の出力は、抵抗34A2とキャパシタ34A3により構成されるCR回路に入力される。当該CR回路の出力は、NAND回路34A4の他方の入力端に入力される。NAND回路34A4の出力がマスク信号MSK1となる。
Further, the
上記のように信号端子Tdbに入力信号BINが入力される場合に、入力信号BINがHighに立ち上がる際、まずマスク信号MSK1はLowとなる。一方、インバータ34A1の出力がLowとなるので、上記CR回路の出力CR1は、時定数に従って低下する。出力CR1が低下して或るレベルに達すると、マスク信号MSK1はHighとされる。すなわち、入力信号BINが立ち上がってから所定の期間はマスク信号MSK1をLowとすることで、後述する信号端子Tdaからインバータ35A1を経由してAND回路36Aに接続される経路により、信号端子Tdaの信号の影響でAND回路36Aの出力がHighとなることを抑制する。これにより、スイッチ33A7がオンして時定数が小さくなり、誤ってパルス幅が短くなることを抑制できる。なお、ゲート信号PGTAがLowとなることで、トランジスタPAがオンとなり、信号端子Tdaの信号がHighとなれば、インバータ35A1の出力はLowとなり、スイッチ33A7はオンとならないので、時定数は維持される。
When the input signal BIN is input to the signal terminal Tdb as described above, when the input signal BIN rises to High, the mask signal MSK1 first becomes Low. On the other hand, since the output of the inverter 34A1 becomes Low, the output CR1 of the CR circuit decreases according to the time constant. When the output CR1 decreases and reaches a certain level, the mask signal MSK1 is set to High. That is, by setting the mask signal MSK1 to Low for a predetermined period after the input signal BIN rises, the signal of the signal terminal Tda is connected to the AND
マスク信号MSK1は、AND回路36Aの一方の入力端に入力される。一方、立下り検出部35Aは、図10の例では、インバータ35A1により構成される。すなわち、信号端子Tdaは、インバータ35A1を経由してAND回路36Aの他方の入力端に接続される。AND回路36Aの出力は、スイッチ33A7のゲートに入力される。立下り検出部35Aにより、信号端子Tdaの信号のLowへ向かう立下りが検出される。
The mask signal MSK1 is input to one input end of the AND
また、図11は、本実施形態に係るワンショット回路3Bの一構成例を示す回路図である。図11に示すように、ワンショット回路3Bは、シュミットトリガ31Bと、ワンショットパルス生成部32Bと、マスク生成部33Bと、立下り検出部34Bと、を有する。
Further, FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration example of the one-
シュミットトリガ31Bは、信号端子Tdaの信号をヒステリシスを持ってHigh/Lowの出力に変換する。
The
ワンショットパルス生成部32Bは、インバータ32B1と、抵抗32B2と、抵抗32B3と、キャパシタ32B4と、AND回路32B5と、インバータ32B6と、レベルシフト部32B7と、スイッチ32B8と、を有する。
The one-shot
シュミットトリガ31Bの出力は、AND回路32B5の一方の入力端に入力されるとともに、インバータ32B1にも入力される。インバータ32B1の出力端は、抵抗32B2の一端に接続される。抵抗32B2の他端は、抵抗32B3の一端に接続される。抵抗32B3の他端は、キャパシタ32B4の一端とともに、AND回路32B5の他方の入力端にも接続される。AND回路32B5の出力端は、インバータ32B6の入力端に接続される。インバータ32B6の出力は、レベルシフト部32B7によりVCCAからVCCBにレベルシフトされる。レベルシフト部32B7の出力がゲート信号PGTBとなり、ゲート信号PGTBはトランジスタPBのゲートに入力される。
The output of the
抵抗32B2,32B3とキャパシタ32B4でCR回路が構成される。ここで、図4の接続構成と同様の接続構成として、信号端子Tdaに入力信号AINが入力される場合に、入力信号AINがHighに立ち上がると、まずAND回路32B5の出力はHighとなり、ゲート信号PGTBはLowとなる。一方、インバータ32B1の出力はLowとなり、上記CR回路の時定数に従ってCR回路の出力CRBは低下する。そして、出力CRBが或るレベルに達すると、AND回路32B5の出力はLowとなり、ゲート信号PGTBはHighとされる。すなわち、上記CR回路の時定数により、ゲート信号PGTBのワンショットパルスとしてのパルス幅が決定される。当該時定数を比較的大きくすることで、パルス幅を長く設定できる。 A CR circuit is composed of resistors 32B2 and 32B3 and capacitors 32B4. Here, as a connection configuration similar to the connection configuration of FIG. 4, when the input signal AIN is input to the signal terminal Tda and the input signal AIN rises to High, the output of the AND circuit 32B5 first becomes High, and the gate signal. PGTB becomes Low. On the other hand, the output of the inverter 32B1 becomes Low, and the output CRB of the CR circuit decreases according to the time constant of the CR circuit. Then, when the output CRB reaches a certain level, the output of the AND circuit 32B5 becomes Low, and the gate signal PGTB becomes High. That is, the pulse width of the gate signal PGTB as a one-shot pulse is determined by the time constant of the CR circuit. By making the time constant relatively large, the pulse width can be set long.
また、抵抗32B2の両端間には、nチャネルMOSFETで構成されるスイッチ32B8が接続される。スイッチ32B8のオンオフにより抵抗32B2の無効/有効が切替えられ、上記CR回路の時定数が切替えられる。 Further, a switch 32B8 composed of an n-channel MOSFET is connected between both ends of the resistor 32B2. By turning the switch 32B8 on and off, the resistor 32B2 is disabled / enabled, and the time constant of the CR circuit is switched.
また、マスク生成部33Bは、インバータ33B1と、抵抗33B2と、キャパシタ33B3と、NAND回路33B4と、を有する。シュミットトリガ31Bの出力は、NAND回路33B4の一方の入力端とともに、インバータ33B1の入力端に入力される。インバータ33B1の出力は、抵抗33B2とキャパシタ33B3により構成されるCR回路に入力される。当該CR回路の出力は、NAND回路33B4の他方の入力端に入力される。NAND回路33B4の出力がマスク信号MSK2となる。
Further, the
上記のように信号端子Tdaに入力信号AINが入力される場合に、入力信号AINがHighに立ち上がる際、まずマスク信号MSK2はLowとなる。一方、インバータ33B1の出力がLowとなるので、上記CR回路の出力CR2は、時定数に従って低下する。出力CR2が低下して或るレベルに達すると、マスク信号MSK2はHighとされる。すなわち、入力信号AINが立ち上がってから所定の期間はマスク信号MSK2をLowとすることで、後述する信号端子Tdbからインバータ34B1を経由してAND回路35Bに接続される経路により、信号端子Tdbの信号の影響でAND回路35Bの出力がHighとなることを抑制する。これにより、スイッチ32B8がオンして時定数が小さくなり、誤ってパルス幅が短くなることを抑制できる。なお、ゲート信号PGTBがLowとなることで、トランジスタPBがオンとなり、信号端子Tdbの信号がHighとなれば、インバータ34B1の出力はLowとなり、スイッチ32B8はオンとならないので、時定数は維持される。
When the input signal AIN is input to the signal terminal Tda as described above, when the input signal AIN rises to High, the mask signal MSK2 first becomes Low. On the other hand, since the output of the inverter 33B1 becomes Low, the output CR2 of the CR circuit decreases according to the time constant. When the output CR2 drops and reaches a certain level, the mask signal MSK2 is set to High. That is, by setting the mask signal MSK2 to Low for a predetermined period after the input signal AIN rises, the signal of the signal terminal Tdb is connected to the AND
マスク信号MSK2は、AND回路35Bの一方の入力端に入力される。一方、立下り検出部34Bは、図11の例では、インバータ34B1により構成される。すなわち、信号端子Tdbは、インバータ34B1を経由してAND回路35Bの他方の入力端に接続される。AND回路35Bの出力は、スイッチ32B8のゲートに入力される。立下り検出部34Bにより、信号端子Tdbの信号のLowへ向かう立下りが検出される。
The mask signal MSK2 is input to one input end of the AND
次に、このような構成のワンショット回路3A,3Bでの動作も含めて、図8に示す本実施形態に係る構成における入力電源電圧VAに対する信号端子Tdbに生成される出力信号BOUTの挙動について、図13に示すタイミングチャートを参照して述べる。なお、図13は、先述した図9と一部重複している。
Next, regarding the behavior of the output signal BOUT generated at the signal terminal Tdb with respect to the input power supply voltage VA in the configuration according to the present embodiment shown in FIG. 8, including the operation in the one-
図13のようにタイミングt30にて入力電源電圧VAがVCCAに立ち上げられると、信号端子Tdaに生じる入力信号AINもVCCAに立ち上がる。これにより、図11に示したワンショット回路3BでAND回路32B5の出力がHighとなり、ゲート信号PGTBはLowとされる。これにより、トランジスタPBはオンとされ、信号端子Tdbの出力信号BOUTはVCCBに立ち上がる。
When the input power supply voltage VA is raised to VCSA at the timing t30 as shown in FIG. 13, the input signal AIN generated at the signal terminal Tda is also raised to VCSA. As a result, in the one-
すると、図10に示すワンショット回路3Aにおいて、AND回路33A5の出力はHighとなり、ゲート信号PGTAはLowとなる。これにより、トランジスタPAはオンとされる。このとき、マスク信号MSK1は、Lowに立ち下がるので、AND回路36Aの出力VAND(図10)は、Lowとなり、スイッチ33A7はオフとなる。このとき、インバータ33A1の出力がLowとなり、CR回路の出力CRAは抵抗33A2,33A3とキャパシタ33A4による時定数に従って低下を開始する。
Then, in the one-
その後、タイミングt31にて出力CR1が低下して或るレベルに達すると、マスク信号MSK1はHighとされる。しかしながら、信号端子Tdaの入力信号AINはHighであるので、出力VANDはLowとなりスイッチ33A7はオフを維持される。 After that, when the output CR1 decreases at the timing t31 and reaches a certain level, the mask signal MSK1 is set to High. However, since the input signal AIN of the signal terminal Tda is High, the output VAND becomes Low and the switch 33A7 is kept off.
そして、タイミングt32にて入力信号AINが立ち下げられても、ゲート信号PGTAは未だLowであり、トランジスタPAはオンとされている。これにより、入力信号AINは、VCCAをトランジスタPAのオン抵抗と終端抵抗Reで分圧した電圧であるVdに低下しようとする。このとき、インバータ35A1(立下り検出部35A)により、入力信号AINのLowへ向かう立下りを検出できる。
Then, even if the input signal AIN is turned off at the timing t32, the gate signal PGTA is still Low and the transistor PA is turned on. As a result, the input signal AIN tends to decrease to Vd, which is the voltage obtained by dividing the VCSA by the on-resistance of the transistor PA and the terminating resistor Re. At this time, the inverter 35A1 (falling down
ここで、インバータ35A1は、図12に示すようなpチャネルMOSFETによるトランジスタPMと、nチャネルMOSFETによるトランジスタNMとのCMOS構成を有する。そして、トランジスタPMは、トランジスタNMに比べてVgsの閾値を低くしているので、信号端子Tdaの信号の小さい立下り変化を検出できる。このとき、インバータ35A1の出力はHighとなるので、出力VANDはHighとなり、スイッチ33A7はオンとなる。 Here, the inverter 35A1 has a CMOS configuration of a transistor PM using a p-channel MOSFET and a transistor NM using an n-channel MOSFET as shown in FIG. Since the transistor PM has a lower threshold value of Vgs than the transistor NM, it is possible to detect a small falling change of the signal of the signal terminal Tda. At this time, since the output of the inverter 35A1 is High, the output VAND is High and the switch 33A7 is turned on.
これにより、抵抗33A2がバイパスされ、CR回路の時定数が小さくなる。従って、図13に示すように、タイミングt32にて出力CRAは比較的大きな傾きで低下し、タイミングt33で所定の閾値レベルCR_THに達すると、ゲート信号PGTAがHighとなる。これにより、図13に示すように、ゲート信号PGTAのパルス幅(所定時間幅TWA)を、出力CRAが小さく変更される前の時定数により低下した場合の本来のパルス幅よりもΔWだけ短くできる。 As a result, the resistor 33A2 is bypassed and the time constant of the CR circuit becomes small. Therefore, as shown in FIG. 13, the output CRA decreases with a relatively large slope at the timing t32, and when the predetermined threshold level CR_TH is reached at the timing t33, the gate signal PGTA becomes High. As a result, as shown in FIG. 13, the pulse width (predetermined time width TWA) of the gate signal PGTA can be shortened by ΔW from the original pulse width when the output CRA is reduced by the time constant before the small change. ..
従って、トランジスタPAはオフとなり、入力信号AINはLowまで立ち下がる。これにより、図11に示すワンショット回路3BにおいてAND回路32B5の出力がLowとなり、ゲート信号PGTBはHighとされるので、トランジスタPBはオフとなる。このとき、入力信号AINがLowであるので、ゲート駆動回路2によりゲート信号NGTがHighとされ、トランジスタN1はオンである。従って、出力信号BOUTは、入力信号AINと同じLowとされる。
Therefore, the transistor PA is turned off, and the input signal AIN drops to Low. As a result, in the one-
タイミングt33で、出力信号BOUTがLowとなるので、マスク信号MSK1はHighとなり、入力信号AINはLowであるので、インバータ35A1の出力はHighとなり、出力VANDはHighとなり、スイッチ33A7はオンとなる。そして、出力信号BOUTがLowであるので、ワンショット回路3Aにおけるインバータ33A1の出力がHighとなる。従って、抵抗33A2はバイパスされ、CR回路の出力CRAは抵抗33A3とキャパシタ33A4による時定数に従って上昇を開始する。
Since the output signal BOUT becomes Low at the timing t33, the mask signal MSK1 becomes High, and the input signal AIN becomes Low, so that the output of the inverter 35A1 becomes High, the output VAND becomes High, and the switch 33A7 turns on. Since the output signal BOUT is Low, the output of the inverter 33A1 in the one-
そして、出力CRAが所定の最大レベルCR_MAXに到達する前であるタイミングt34にて入力電源電圧VAが立ち上がると、入力信号AINもVCCAに立ち上がる。これにより、ワンショット回路3BでAND回路32B5の出力がHighとなり、ゲート信号PGTBはLowとされる。これにより、トランジスタPBはオンとされ、出力信号BOUTはVCCBに立ち上がる。
Then, when the input power supply voltage VA rises at the timing t34 before the output CRA reaches the predetermined maximum level CR_MAX, the input signal AIN also rises to the VCSA. As a result, the output of the AND circuit 32B5 in the one-
すると、ワンショット回路3Aにおいて、AND回路33A5の出力はHighとなり、ゲート信号PGTAはLowとなる。これにより、トランジスタPAはオンとされる。このとき、マスク信号MSK1は、Lowに立ち下がるので、出力VANDは、Lowとなり、スイッチ33A7はオフとなる。このとき、インバータ33A1の出力がLowとなり、CR回路の出力CRAは抵抗33A2,33A3とキャパシタ33A4による時定数に従って低下を開始する。
Then, in the one-
その後、タイミングt35にて出力CR1が低下して或るレベルに達すると、マスク信号MSK1はHighとされる。しかしながら、入力信号AINはHighであるので、出力VANDはLowとなりスイッチ33A7はオフを維持される。 After that, when the output CR1 decreases at the timing t35 and reaches a certain level, the mask signal MSK1 is set to High. However, since the input signal AIN is High, the output VAND becomes Low and the switch 33A7 is kept off.
そして、タイミングt36にて出力CRAが閾値レベルCR_THに達すると、AND回路33A5の出力がLowとなり、ゲート信号PGTAはHighとなり、トランジスタPAは、オフとなる。これにより、タイミングt37にて入力電源電圧VAが立ち下がると、入力信号AINもLowへ立ち下がる。従って、ワンショット回路3Bにより、ゲート信号PGTBはHighとなり、トランジスタPBはオフとなる。このとき、入力信号AINがLowであるので、ゲート駆動回路2によりゲート信号NGTがHighとされ、トランジスタN1はオンである。従って、出力信号BOUTは、入力信号AINと同じLowとされる。
Then, when the output CRA reaches the threshold level CR_TH at the timing t36, the output of the AND circuit 33A5 becomes Low, the gate signal PGTA becomes High, and the transistor PA turns off. As a result, when the input power supply voltage VA drops at the timing t37, the input signal AIN also drops to Low. Therefore, the one-
このようにして、高周波数の入力電源電圧VAに対する出力信号BOUTの応答性を改善できる。特に、タイミングt33以降は、出力CRAが最大レベルCR_MAXに到達する前に入力電源電圧VAが立ち上り、出力CRAが低下するので、ゲート信号PGTAのパルス幅(所定時間幅TWA)は自動的に短くなる。これにより、入力電源電圧VAの立下りに応じて入力信号AINをLowに立ち下げることができ、出力信号BOUTの応答性を高めることができる。但し、タイミングt33にて出力CRAを即時に最大レベルCR_MAXまで立ち上げる実施形態を採ってもよい。なお、図8の入出力を逆とした場合も上記動作と同様となり、信号端子Tdbに接続した電源による高周波数の入力電源電圧に対して信号端子Tdaの出力信号の応答性を改善できる。 In this way, the responsiveness of the output signal BOUT to the high frequency input power supply voltage VA can be improved. In particular, after timing t33, the input power supply voltage VA rises before the output CRA reaches the maximum level CR_MAX, and the output CRA drops, so that the pulse width (predetermined time width TWA) of the gate signal PGTA is automatically shortened. .. As a result, the input signal AIN can be lowered to Low according to the falling edge of the input power supply voltage VA, and the responsiveness of the output signal BOUT can be enhanced. However, an embodiment may be adopted in which the output CRA is immediately raised to the maximum level CR_MAX at the timing t33. When the input / output of FIG. 8 is reversed, the same operation as described above is performed, and the responsiveness of the output signal of the signal terminal Tda can be improved with respect to the high frequency input power supply voltage of the power supply connected to the signal terminal Tdb.
<8.ワンショット回路の変形例>
ワンショット回路3A,3Bについては、次のような変形例としてもよい。図14は、変形例に係るワンショット回路3A’の構成を示す回路図である。ワンショット回路3A’のワンショット回路3A(図10)との相違点は、立下り検出部35A’の構成である。
<8. Modification example of one-shot circuit>
The one-
立下り検出部35A’は、コンパレータ35A1’により構成される。コンパレータ35A1’の反転入力端(−)には、信号端子Tdaが接続され、非反転入力端(+)には、基準電圧が印加される。コンパレータ35A1’は、信号端子Tdaの信号と基準電圧との比較結果をAND回路36Aに出力する。これにより、信号端子TdaがLowへ向かって立ち下がる場合に、コンパレータ35A1’からHighが出力され、スイッチ33A7をオンさせることができる。
The fall detection unit 35A'is composed of the comparator 35A1'. A signal terminal Tda is connected to the inverting input terminal (-) of the comparator 35A1', and a reference voltage is applied to the non-inverting input terminal (+). The comparator 35A1'outputs the comparison result between the signal of the signal terminal Tda and the reference voltage to the AND
図15は、変形例に係るワンショット回路3B’の構成を示す回路図である。ワンショット回路3B’のワンショット回路3B(図11)との相違点は、立下り検出部34B’の構成である。
FIG. 15 is a circuit diagram showing the configuration of the one-
立下り検出部34B’は、コンパレータ34B1’により構成される。コンパレータ34B1’の反転入力端(−)には、信号端子Tdbが接続され、非反転入力端(+)には、基準電圧が印加される。コンパレータ34B1’は、信号端子Tdbの信号と基準電圧との比較結果をAND回路35Bに出力する。これにより、信号端子TdbがLowへ向かって立ち下がる場合に、コンパレータ34B1’からHighが出力され、スイッチ32B8をオンさせることができる。
The fall detection unit 34B'is composed of the comparator 34B1'. A signal terminal Tdb is connected to the inverting input terminal (-) of the comparator 34B1', and a reference voltage is applied to the non-inverting input terminal (+). The comparator 34B1'outputs the comparison result between the signal of the signal terminal Tdb and the reference voltage to the AND
このように、立下り検出部としてコンパレータを用いると、検出閾値の精度を向上させることができる。但し、立下り検出部としてインバータを用いるほうが、コスト低減の観点からは有利である。 As described above, when the comparator is used as the falling detection unit, the accuracy of the detection threshold value can be improved. However, it is more advantageous to use an inverter as the fall detection unit from the viewpoint of cost reduction.
<9.チップにおけるレイアウト>
図16は、双方向レベルシフト回路1のチップCPにおけるレイアウトの一例を示す模式図である。チップCPは、互いに直交するX軸方向およびY軸方向に拡がる。図16において、X軸方向の一方側をX1、他方側をX2として示し、Y軸方向の一方側をY1、他方側をY2として示す。X2側とY2側が互いに近づく方向である。
<9. Layout on the chip>
FIG. 16 is a schematic diagram showing an example of the layout of the bidirectional
チップCPにおけるX1側の端部には、トランジスタN1が配置される。トランジスタN1のX2側に隣接してゲート駆動回路2が配置される。ゲート駆動回路2は、抵抗RBと抵抗RAによってY軸方向に挟まれる。抵抗RBは、抵抗RAよりもY1側に配置される。トランジスタPA,PBは、ゲート駆動回路2のX2側に配置される。トランジスタPBは、トランジスタPAよりもY1側に配置される。
A transistor N1 is arranged at the end of the chip CP on the X1 side. The
チップCPにおけるX2側の端部には、キャパシタ33B3,32B4,33A4,34A3がこの順にY2側へ向かって隣接して配列され、一つの第1グループを構成する。キャパシタ33B3,32B4は、先述したようにワンショット回路3B(図11)に設けられ、キャパシタ33A4,34A3は、先述したようにワンショット回路3A(図10)に設けられる。キャパシタ33B3,32B4,33A4,34A3を一つのグループを構成するように配置することで、相対バラツキを低減する。
Capacitors 33B3, 32B4, 33A4, 34A3 are arranged adjacent to each other toward the Y2 side in this order at the end of the chip CP on the X2 side, forming one first group. The capacitors 33B3 and 32B4 are provided in the one-
抵抗32B3,32B2は、この順にX2側へ向かって隣接して配列され、一つの第2グループを構成する。当該第2グループは、上記第1グループよりもY1側に配置される。抵抗32B3,32B2は、先述したようにワンショット回路3B(図11)に設けられる。これにより、抵抗32B3,32B2の相対バラツキを低減する。
The resistors 32B3 and 32B2 are arranged adjacent to each other toward the X2 side in this order to form one second group. The second group is arranged on the Y1 side of the first group. The resistors 32B3 and 32B2 are provided in the one-
抵抗33A3,33A2は、この順にX2側へ向かって隣接して配列され、一つの第3グループを構成する。当該第3グループは、上記第1グループよりもY2側に配置される。抵抗33A3,33A2は、先述したようにワンショット回路3A(図10)に設けられる。これにより、抵抗33A3,33A2の相対バラツキを低減する。
The resistors 33A3 and 33A2 are arranged adjacent to each other toward the X2 side in this order to form one third group. The third group is arranged on the Y2 side of the first group. The resistors 33A3 and 33A2 are provided in the one-
また、信号端子Tdbは、上面視にて、トランジスタPBよりもY1側且つ抵抗RBよりもX2側に配置される。信号端子Tdaは、上面視にて、トランジスタPAよりもY2側且つ抵抗RAよりもX2側に配置される。VCCBを印加する電源端子Tvbは、上面視にて、信号端子TdbよりもX2側に配置され、且つ上記第2グループのX1側に隣接して配置される。VCCAを印加する電源端子Tvaは、上面視にて、信号端子TdaよりもX2側に配置され、且つ上記第3グループのX1側に隣接して配置される。また、グランド端子Tgdは、信号端子Tdaと電源端子TvaによりX軸方向に挟まれて配置される。 Further, the signal terminal Tdb is arranged on the Y1 side of the transistor PB and on the X2 side of the resistor RB in a top view. The signal terminal Tda is arranged on the Y2 side of the transistor PA and on the X2 side of the resistor RA in a top view. The power supply terminal Tvb to which the VCSB is applied is arranged on the X2 side of the signal terminal Tdb and adjacent to the X1 side of the second group in the top view. The power supply terminal Tva to which the VCSA is applied is arranged on the X2 side of the signal terminal Tda and adjacent to the X1 side of the third group in the top view. Further, the ground terminal Tgd is arranged so as to be sandwiched in the X-axis direction by the signal terminal Tda and the power supply terminal Tva.
信号端子Tdb,Tdaおよび電源端子Tvb,Tvaのそれぞれは、上面視にて、ESD保護ダイオードと重なる。 Each of the signal terminals Tdb and Tda and the power supply terminals Tvb and Tva overlap with the ESD protection diode when viewed from above.
<10.システムの適用例>
図17は、図1に示したデータ通信システムの適用例を示す構成図である。図17の例では、HDD(ハードディスクドライブ)30にシステムコントローラ20Aと双方向レベルシフト回路1が設けられ、テスター40にシステムコントローラ20Bが設けられる。これにより、双方向レベルシフト回路1は、HDD30とテスター40とで異なる電源電圧で動作するシステムコントローラ間のデータ通信を可能とするインタフェースとして機能する。
<10. System application example>
FIG. 17 is a configuration diagram showing an application example of the data communication system shown in FIG. In the example of FIG. 17, the HDD (hard disk drive) 30 is provided with the
<11.その他>
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内であれば、実施形態は種々の変形が可能である。
<11. Others>
Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments can be modified in various ways within the scope of the gist of the present invention.
本発明は、異なる電源電圧で動作する各種のシステムに利用することができる。 The present invention can be used in various systems operating at different power supply voltages.
1 双方向レベルシフト回路
2 ゲート駆動回路
3A、3B ワンショット回路
31A レベルシフト部
32A、31B シュミットトリガ
33A、32B ワンショットパルス生成部
34A、33B マスク生成部
35A、34B 立下り検出部
N1 トランジスタ(nチャネルMOSFET)
PA,PB トランジスタ(pチャネルMOSFET)
RA,RB 抵抗
Tva,Tvb 電源端子
Tda,Tdb 信号端子
Re 終端抵抗
20A,20B システムコントローラ
30 HDD(ハードディスクドライブ)
40 テスター
50 電源
1 Bidirectional
PA, PB transistor (p-channel MOSFET)
RA, RB resistor Tva, Tvb power supply terminal Tda, Tdb signal terminal Re terminating
40
Claims (13)
第2信号端子と、
第1電源電圧が印加される第1電源端子と、
第2電源電圧が印加される第2電源端子と、
前記第1電源端子と前記第1信号端子との間に接続される第1プルアップ抵抗と、
前記第2電源端子と前記第2信号端子との間に接続される第2プルアップ抵抗と、
前記第1プルアップ抵抗の両端間に接続される第1トランジスタと、
前記第2プルアップ抵抗の両端間に接続される第2トランジスタと、
前記第1信号端子と前記第2信号端子との間に配置される第3トランジスタと、
前記第3トランジスタの制御端を駆動する駆動回路と、
前記第1トランジスタの制御端を駆動する第1駆動信号を生成する第1ワンショット回路と、
前記第2トランジスタの制御端を駆動する第2駆動信号を生成する第2ワンショット回路と、
を備え、
前記第2ワンショット回路は、前記第1信号端子の信号の立ち上りに基づき所定の第2時間幅だけオンレベルとした前記第2駆動信号のワンショットパルスを生成し、前記第1信号端子の信号の立ち下りに基づきオフレベルの前記第2駆動信号を生成し、
前記第1ワンショット回路は、
第1CR回路を含み、前記第2信号端子の信号の立ち上りに基づき前記第1CR回路の時定数に応じた所定の第1時間幅だけオンレベルとした前記第1駆動信号のワンショットパルスを生成するワンショットパルス生成部と、
前記第1信号端子の信号の立ち下りを検出し、当該検出結果に基づき前記第1CR回路の時定数を小さく変更する立下り検出部と、を有する、
双方向レベルシフト回路。 1st signal terminal and
2nd signal terminal and
The first power supply terminal to which the first power supply voltage is applied and
The second power supply terminal to which the second power supply voltage is applied and
A first pull-up resistor connected between the first power supply terminal and the first signal terminal,
A second pull-up resistor connected between the second power supply terminal and the second signal terminal,
A first transistor connected between both ends of the first pull-up resistor and
A second transistor connected between both ends of the second pull-up resistor and
A third transistor arranged between the first signal terminal and the second signal terminal,
A drive circuit that drives the control end of the third transistor,
A first one-shot circuit that generates a first drive signal that drives the control end of the first transistor, and
A second one-shot circuit that generates a second drive signal that drives the control end of the second transistor, and
With
The second one-shot circuit generates a one-shot pulse of the second drive signal which is turned on level by a predetermined second time width based on the rising edge of the signal of the first signal terminal, and generates a signal of the first signal terminal. Generates the off-level second drive signal based on the falling edge of
The first one-shot circuit is
A one-shot pulse of the first drive signal including the first CR circuit is generated based on the rising edge of the signal of the second signal terminal and turned on level by a predetermined first time width according to the time constant of the first CR circuit. One-shot pulse generator and
It has a falling edge detection unit that detects the falling edge of the signal of the first signal terminal and changes the time constant of the first CR circuit to a small value based on the detection result.
Bidirectional level shift circuit.
pチャネルMOSFETは、nチャネルMOSFETに比べてVgsの閾値を低くしている、請求項1に記載の双方向レベルシフト回路。 The fall detection unit is a first inverter having a CMOS configuration consisting of a p-channel MOSFET and an n-channel MOSFET.
The bidirectional level shift circuit according to claim 1, wherein the p-channel MOSFET has a lower threshold value of Vgs as compared with the n-channel MOSFET.
前記第2信号端子が電気的に接続される一方の入力端と、前記第2CR回路の出力端が接続される他方の入力端と、を有するNAND回路と、
前記第2信号端子が電気的に接続される入力端と、前記第2CR回路の入力端に接続される出力端と、を有する第2インバータと、
をさらに有する、請求項5に記載の双方向レベルシフト回路。 The mask generator
A NAND circuit having one input end to which the second signal terminal is electrically connected and the other input end to which the output end of the second CR circuit is connected.
A second inverter having an input end to which the second signal terminal is electrically connected and an output end connected to the input end of the second CR circuit.
The bidirectional level shift circuit according to claim 5, further comprising.
前記スイッチは、前記立下り検出部の検出結果に応じてオンオフを制御される、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の双方向レベルシフト回路。 The one-shot pulse generator has a switch connected between both ends of the resistor included in the first CR circuit.
The bidirectional level shift circuit according to any one of claims 1 to 6, wherein the switch is controlled to be turned on and off according to the detection result of the falling detection unit.
前記第2信号端子が電気的に接続される一方の入力端と、前記第1CR回路の出力端に接続される他方の入力端と、を有するAND回路と、
前記第2信号端子が電気的に接続される入力端と、前記第1CR回路の入力端に接続される出力端と、を有する第3インバータと、
前記AND回路の出力端に接続される入力端を有する第4インバータと、
をさらに有する、請求項7に記載の双方向レベルシフト回路。 The one-shot pulse generator
An AND circuit having one input terminal to which the second signal terminal is electrically connected and the other input terminal connected to the output terminal of the first CR circuit.
A third inverter having an input end to which the second signal terminal is electrically connected and an output end connected to the input end of the first CR circuit.
A fourth inverter having an input end connected to the output end of the AND circuit,
7. The bidirectional level shift circuit according to claim 7.
前記第1ワンショット回路は、前記第1電源電圧を電源として供給され、
前記第1ワンショット回路は、前記第2信号端子の信号に対して前記第2電源電圧から前記第1電源電圧へのレベルシフトを行うレベルシフト部を前記ワンショットパルス生成部の前段側にさらに有する、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の双方向レベルシフト回路。 The second power supply voltage is higher than the first power supply voltage.
The first one-shot circuit is supplied with the first power supply voltage as a power source.
The first one-shot circuit further provides a level shift unit for level-shifting the signal of the second signal terminal from the second power supply voltage to the first power supply voltage on the front stage side of the one-shot pulse generation unit. The bidirectional level shift circuit according to any one of claims 1 to 8.
前記第1電源電圧により動作する第1システムと、
前記第2電源電圧により動作する第2システムと、
を備えるデータ通信システム。 The bidirectional level shift circuit according to any one of claims 1 to 12.
The first system that operates by the first power supply voltage and
The second system that operates by the second power supply voltage and
A data communication system including.
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